宇宙另一个我们？人类对外星人探寻充满期待
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出品：科普中国
制作：帆叶网科技频道 严晨风
监制：中国科学院计算机网络信息中心
寻找同伴是我们的生存本能，孤独感让我们感到不安。
在我们祖先生存的年代，这样的本能让我们得以避开危险，获得食物和慰藉。但这种本能还有更加重要的意义：在和同伴的交流中，我们更加明确了自己的身份——我来自哪里？我是谁？
对于自身身份的认识构成了我们世界观的基础。
而在我们的物种最终统治这颗星球的今天，我们想要知道，在茫茫宇宙之海中，地球是否是一片孤独的生命绿洲？在这种本能的驱使下，外星人的话题便不时地成为社会讨论的热点。
今天，我们的技术和知识正带领我们逐渐接近这个问题的答案，此刻，我们内心还混杂着不安和期待。
一、我们真的是“地球人”吗？
我们是这颗星球上的后来者。在地球45亿年的历史中，我们参与的时间不过只有短短一瞬。如果将整个地球历史缩短到一天的24个小时，那么人类直到这一天晚上的23点58分才粉墨登场。对于地球生命的历史，我们还知之甚少。
20世纪初，俄国化学家亚历山大?奥巴林(Alexander Oparin)和印度裔英国生物化学家霍尔丹(Haldane)提出了生命的“化学生成说”，他们认为早期的地球环境适合简单的无机物分子组合形成复杂的有机大分子，并进而导致生命的最终产生。上世纪50年代，在芝加哥大学工作的美国生物化学家斯坦利?米勒(Stanley Miller)和著名美国化学家哈罗德?尤里(Harold Urey)进行了一项经典实验，也就是后来人们所说的“尤里-米勒实验”，旨在验证这一假说。
在实验中，米勒和尤里在一个实验容器中充入混合气体，包括水汽、甲烷，氨气和氢气，模拟早期地球大气；并灌入一定量的液态水，模拟地球早期海洋。随后使用电极对大气进行放电，模拟早期地球上频繁发生的闪电。实验进行大约一周之后，容器内已经出现大量暗色粘稠的化合物。在对这些物质进行分析时，科学家们发现了超过20种不同的氨基酸。
尤里-米勒实验以及后续的其它实验支持生命的化学起源理论，即生命是从早期地球环境中经由化学作用直接产生的。
然而对于这一理论，很多专家仍然持有怀疑态度。如英国著名的天体物理学家弗雷德?霍伊尔(Fred Hoyle)便对经由化学过程产生最早生命的想法嗤之以鼻，称这就像是“一股龙卷风扫过一个垃圾场，然后碰巧组装出一架波音747客机”。
反对者们不是没有理由。
生命本身在地球上出现的时间非常早，早得有些出人意料。就在2015年10月份，美国加州大学洛杉矶分校的科学家们宣称，地球上最早的生命至少在大约41亿年前便已经出现了，这一结果将此前的记录又再次向前推进了大约3亿年。要知道，地球在大约45.4亿年前诞生，这项研究也就意味着，在地球诞生之后很短的时间内，生命便已经出现了。
经由化学过程而出现生命需要漫长的时间，很显然，地球上生命的出现似乎有些“太过迅速”了。
1984年，美国女科学家斯科尔(Roberta Score)和同伴们在南极艾伦山地区考察时发现了一块暗色的岩石，初步判定为陨石，之后它被装入密封袋并带回美国，因为这是当年在该地区发现的第一块陨石，按照惯例，将其命名为“ALH 84001”。
当时没有人对这块石头给予特别关注，更没有人会想到10多年后这块岩石将会成为世界各大媒体的头条。然而就在1996年，美国宇航局的科学家们宣布在ALH 84001内部发现了疑似火星微生物化石，引发全球范围内的巨大震动。
尽管后来这一结论的可靠性受到了学术界的普遍质疑，但其背后所隐含的可能性则极具代表性：地球上的生命可能是外来的吗？
这一理论自一提出便受到广泛关注，人们将其称作“胚种论”。该理论认为地球上的生命是经由陨石坠落等途径从宇宙其它地方来到地球的。实验也已经证明，在合适情况下，生活在岩石内部的微生物的确有可能在陨石经过地球大气层时幸存下来，而地球今天所有的生命都是这些外来生命进化繁衍的后裔。而即便陨石并未给地球带来“现成”的生命，但陨石中的确已经发现了大量的有机物，如在1969年坠落澳大利亚的默奇森陨石中，科学家们已经鉴定出超过100种氨基酸。
照此说来，在严格意义上我们或许根本就不是地球人，而是来自宇宙其它地方的“星际移民”。
二、宇宙中的生命
顺着这个思路向前走，假如生命并非地球独有的杰作，那么在茫茫宇宙之间，哪里还会是生命的安身之所？
在讨论这个问题的时候，首先进入我们脑海的恐怕一定是我们的近邻火星。很少有星球会像火星那样对人类社会主流文化产生如此深远的影响，也很少有星球会像火星那样赢得人类如此广泛的关注。
美国富豪珀西瓦尔?洛维尔(Percival Lowell)的故事相信很多人都耳熟能详，根据当时的一些不尽完善的观测资料，洛维尔坚信火星上存在生命，并专门修建了一座私人天文台，就是为了开展相应的观测研究。在接下来直到他去世的20多年中，他都在对这颗红色星球开展密切观测。根据火星极冠的季节性变化，洛维尔设想火星上一定存在着一个智慧文明，它们修建了长长的灌溉运河，将水源从两极引向低纬地区用于农业生产。
我们现在都知道，这些全都是洛维尔的一厢情愿。1964年第一颗火星探测器“水手4号” 传回的图像打破了人类此前对这颗星球的一切幻想——火星是一颗荒芜寒冷的星球，没有火星人，也没有运河。于是人们对于火星的兴趣也就随之渐渐消退。然而事情总是起起伏伏，此后的海盗号飞船在火星表面拍摄的一张照片一经公布便迅速引起了世界各地人们的关注——在火星表面可以清楚地看到一张人脸！于是毫不意外的，公众和媒体的巨大想象力立即被调动起来了——有人声称这一定是古代的火星人修建的巨型雕塑！或许今天火星人已经消失，但它们确实存在过！再或许，这是火星人试图和我们地球人进行联系的证据！为此，美国宇航局还不得不出面澄清，这只是照片拍摄时光影角度因素产生的巧合。
然而这种做法在外界看来更像是“此地无银”，于是人们开始猜想美国宇宙肯定还隐瞒了关于火星人的更多内幕资料，如此种种。直到2006年，欧洲空间局的“火星快车”探测器获取了这张“火星人脸”所在地区的高清立体图像，证明这只是一座普通的山丘，和人脸毫无相像之处。
所以说，其它星球上可能存在生命的设想终究只是一厢情愿？情况说起来还有点复杂。
三、德雷克方程和费米悖论
1961年，美国天文学家弗兰克?德雷克(Frank Drake)提出了一个用来估算银河系中智慧文明社会数量的著名方程式，也就是后来所说的“德雷克方程”。在这个方程中，德雷克综合考虑了在多种因素影响下，一个智慧文明社会今天仍然“幸存”的几率，其中包括银河系中恒星的平均形成速率、恒星周围拥有行星的概率，这些恒星周围的行星中，可能拥有适合生命生存环境的几率，以及在所有适合生命生存的行星上实际产生出生命的几率等等。当然，为了让我们能够找到它们，这些外星生命还必须已经进化到掌握足够高级的技术，能够通过无线电波与外界进行联系。那么根据这样的原则，辅以恰当的参数，我们就能够大致去估算银河系中有可能取得联系的外星文明的数量。
可以想象，由于我们认识的局限性，这个方程中参数的不确定性是非常大的。随着天文研究的不断深入，人们也在不断地对相关参数进行修正。银河系是一个巨大的星系，其中拥有至少2000亿颗以上的恒星，而根据美国开普勒空间望远镜等相关项目的研究结果，我们几乎可以肯定的是，至少在银河系内，几乎每颗恒星的周围都有至少一颗行星。截止2015年12月初，人类已经发现了超过2000颗系外行星，也就是围绕(太阳之外的)其它恒星运行的行星。所有这些行星围绕1288颗恒星运行，其中502颗恒星周围存在有数量超过一个的行星。
考虑到这些事实，不难想象，德雷克方程很有可能会得到数字非常大的结果，暗示仅在我们银河系内就可能存在着数万个甚至上亿个文明社会！著名的美国天文学家卡尔?萨根是外星生命存在的积极拥护者，他在影片《超时空接触》(Contact)中借女主角爱罗薇的父亲之口道出了自己的观点。在影片中，爱罗薇的父亲对少女时代的爱罗薇说：宇宙那么大，如果只有地球上有生命的话，那可就太浪费地方了！
好吧，看到这里，你是否会有这样的疑问：既然宇宙中到处都是外星人，那么它们在哪里呢？有人会提到UFO，或者其它一些据称与外星人有关的传言。但所有这些传言的共同点就是，它们没有一个是得到科学证实的。还是卡尔?萨根，他有一句非常有名的话：“非同凡响的主张需要非同凡响的证明。”(Extraordinary claims require extraordinary evidence。)而所有声称是外星人目击者的人，最终无一例外都无法提供令人信服的证据。但问题的确存在：如果有那么多外星人，它们在哪里呢？
事实上，这个问题就是著名的“费米悖论”。
当年，著名的美籍意大利物理学家恩里科?费米对于宇宙中遍布外星文明的观点嗤之以鼻，于是问道：“那么，它们在哪儿呢？”简单来说，费米悖论的核心基于一个显而易见的矛盾，即计算得到外星文明应当数量众多的结论与实际上缺乏任何表明这种外星文明存在的证据之间的矛盾。或者说，宇宙原本应当是熙熙攘攘的，可是它太安静了！于是费米提出质疑：太阳是一颗典型的主序星，但在银河系中还有数以十亿计比太阳更加古老的恒星，考虑到德雷克方程等计算方法中假设的恒星周围拥有行星，且其中部分行星可能拥有与地球相似环境条件的设想，那么在这些行星中的一部分表面就有可能产生出生命，甚至是智慧生命。在这些智慧生命中，有一部分可能会开发出星际航行的技术，而即便是参照最慢的发展速度，这些外星文明完全扩散到整个银河系大约也只需要100万年的时间。而我们根据人类社会的经验知道，技术的发展速度是指数级的，然而，我们却一直没有发现外星文明造访的证据，这一事实只能意味着一件事，那就是在银河系中或许根本就没有那么多智慧文明社会，或许除了我们之外连一个都没有，或许我们就是银河系，甚至是宇宙中唯一的智慧生命！
四、黑暗森林
不知道你有没有这样的感觉，但每次一想到这一点，我就会有一种无法抑制的感觉：这是一种多么狂妄的想法啊！想象一下在一个夏日的晴朗夜晚，你抬头看到银河中的满天繁星，然后其中有一颗你几乎无法分辨的暗弱恒星周围有一颗小小的岩石星球，这颗星球上的人们宣称它们是宇宙中唯一的生命。面对这种情形，你的第一反应会是什么？我想你大概会说：这可真是一群鼠目寸光的白痴！你以为你是谁？所以，关于我们是宇宙中唯一的生命这回事，应该一定不会是这样的吧！那么“其他人”究竟去哪里了？世界为何如此安静？
或许刘慈欣的《三体》可以提供某种兼容两者的答案。尽管这是一本科幻小说，但其中提出的一些想法仍然非常具有参考价值。如《三体》的第二部叫做《黑暗森林》，其中设想了一个所谓的“宇宙黑暗森林法则”。其大致思想是：宇宙就像一个黑暗的森林，到处潜伏着危险的猎手。每个人都想保护自己，因为不能确定对方的意图，因此最保险的策略便是对方一露面就予以消灭。因此，对于潜伏在这片黑暗森林中的每个人来说，最安全的策略就应当是尽可能地隐藏自己不被其他人发现，因为被发现就意味着被消灭—暴露即死亡。于是我们会看到这样一幅诡异的场景：整个森林中到处都是人，但每个人都屏住呼吸，小心翼翼地隐藏着自己的踪迹，于是整个森林看上去似乎空无一人——这会不会是我们生活的宇宙的真实描写？
如果这的确是宇宙的真实图景，那么或许费米悖论就能够得到合理的解释：我们的银河系中可能确实存在大量智慧文明，但每一个文明都努力地隐藏着自己的踪迹，于是在我们看来银河系是安静的，似乎世界上只有我们自己。
在我看来，这样的景象所代表的不信任和冷漠尽管让人感觉有些沮丧，但却仍然令人鼓舞，因为我们至少可以确信我们并非宇宙中唯一的生命。但如果是另外一种可能性，那么情况就会糟糕的多。
以美国著名化学家莱纳斯?鲍林(Linus Carl Pauling)和卡尔?萨根等为代表的一批科学家对于人类使用核武器的前景公开表达了担忧之情，两人甚至都因为直接参与了反对核试验的示威和抗议活动而被当局拘捕。
在卡尔?萨根最具代表性的电视系列作品《宇宙》(COSMOS)中，萨根幻想了一艘超越时空限制的飞船，从这艘飞船上可以看到宇宙中星星点点存在着的智慧文明社会，宛若夏夜河边的萤火虫——然后这些星点一个接着一个熄灭了。一个拥有智慧生命的星球上，由于不同种群之间核战争的爆发造成文明的最终消亡，这样的结局令人悲哀。
我们本能地不愿承认人类也有可能会面对这样的场景，然而必须提醒各位的是，美苏冷战的噩梦才刚刚过去20年。在那个年代，美国和苏联双方各自拥有足以毁灭整个世界数次的核武器，将全世界的人口作为人质，一旦双方发生对局势的误判，那么人类的历史恐怕就将自此终结——在卡尔?萨根想象之船的大屏幕上，代表地球的那颗暗弱亮点也将从此熄灭。如果一个又一个的技术文明都不能成功遏制自己使用大规模杀伤性武器毁灭自己的欲望，那么宇宙荒凉的情景也是可以预期的，那些散落各处的星星之火也许都终将逐渐消失，只剩下一片寂静和黑暗——这正是我们现在所目睹的宇宙图景吗？
五、你好，很高兴遇见你
一个时刻想着毁灭自己的文明，真的是智慧文明吗？从这个角度上说，地球上生活着的我们，真的是智慧生命吗？尽管我们经历过野蛮年代，但毕竟安全地走到了今天。我们的技术水平已经让我们登上了月球，我们已经能够操作单个原子，我们甚至正在接近重构生命密码。甚至，在未来30年内，人类宇航员将有很大的可能漫步在火星表面。于是，让我们相信我们内心的人性，相信我们的理性能够让我们在未来幸存下来。并且既然我们能够做到，那么或许其他的智慧文明也能够做到。
我们之间只是还没有遇见。
该如何遇见宇宙中的另一个“我们”？显而易见，这里有两种方法：你可以选择被动的等待外星人来找到我们，或者，我们可以主动的去寻找他们。而现在我们的情况是两种方法并进，我们正在努力搜寻我们的宇宙同伴。
首先，我们在倾听。我们想要知道有没有外星人给我们发信号。1960年，作为射电天文学专家的德雷克在美国开展了代号为“奥兹玛”(Ozma)的星际信号监听计划，利用设在美国西弗吉尼亚州格林班克的26米口径射电望远镜对两颗距离较近的类太阳恒星(鲸鱼座τ和波江座ε)进行了监听。在大约4个月的时间里，科学家们断断续续监听了大约150个小时，但没有收到有意义的信号。
自那以后类似这样的工作一直在断断续续地开展。1984年在美国加州成立了非盈利科学研究机构“搜寻地外智慧生命”(SETI)，聚集了一批顶尖专家，利用来自宇宙、企业和民间的资金专门从事对地外智慧生命的搜寻工作。2001年，微软公司联合创始人保罗?艾伦(Paul Allen)同意捐资帮助SETI机构修建自己的射电望远镜阵列，也就是“艾伦望远镜”(ATA)。从2007年10月份开始，这个位于加州沙漠中射电观测阵列的初级版本已经开始进行观测测试。
然而，出于可以理解的原因，迄今为止，除了几个难以被确认的疑难信号之外，整个SETI项目几乎没有获得任何收获。因此在这样的情况下，很难让宇宙部门或是其它机构继续为“搜寻外星人”这样的想法买单。这两年SETI机构的运行经费正在面临危机，以赛斯?肖斯塔克(Seth Shostak)等人为代表的一批SETI资深研究人员必须身兼科学家和公众演说家，在世界各地出席各种场合向普通民众传递搜寻外星生命的重要意义和价值，从而换取民众对于他们工作的支持并争取更多的捐资。《超时空接触》这部影片中同样也反映了SETI项目在争取经费时遭遇的巨大困难——主流科学界不认同，宇宙不愿为此拨款。但正如SETI项目的科学家们所说的那样，我们坚持开展这项工作的原因非常简单：宇宙太大了，而我们只是对其中极小的一部分进行了观测，没有结果并不能就此排除外星人存在的可能性，这就像我们来到海边，舀起一勺子水，然后便断言海洋中没有鱼一样。
除了以SETI为代表的“星际监听”之外，我们还进行了主动出击：向外星人发信号。其中最初的尝试是在1974年11月16日，美国通过设在波多黎各岛上，世界最强大的305米口径阿雷西博射电望远镜瞄准武仙座球状星团(M13)发出了一份无线电信号，也就是后来所称的“阿雷西博信息”(Arecibo message)。这份信息包含大约210个字节，以2380MHz频率，1000kW功率发出，其中包含了关于我们人类的形象，阿雷西博射电天线的外观，以及关于我们对于DNA以及其它技术领域水平的简略信息。所有信号均以0或1构成的二进制形式发送，因为科学家们确信，二进制的数学应当是宇宙的通用语言，一个掌握了先进科技的外星文明必然能够理解二进制数学语言，这样它们便应当可以解译我们所发出的信号。
除了发送无线电信号之外，我们还直接派遣飞船飞往太阳系之外，其中就包括上世纪70年代美国相继发射的两艘先驱者飞船(Pioneer 10, Pioneer 11)以及两艘旅行者飞船(Voyager 1, Voyager 2)
。
先驱者10号飞船于1972年3月发射升空，它是第一艘穿越小行星带的人类飞船，后来也成为第一艘突破太阳系逃逸速度的人类飞船。2003年1月23日地面与这艘飞船失去联系，当时其距离地球大约120亿公里并且正在继续向前飞行。它的姊妹星——先驱者11号飞船于1973年4月发射升空，它是第二艘穿越小行星带的人类飞船，并且是第一艘抵达土星开展考察的人类探测器。由于距离遥远和电池衰竭，地面与这艘飞船之间的联系在1995年9月30日断绝。在卡尔?萨根的建议下，这两艘先驱者飞船上都携带了著名的“先驱者铭牌”(Pioneer plaque)，上面描绘有裸体的人类男女形象，太阳在宇宙中的位置，以及地球在太阳系中的位置等相关信息。
而在1977年发射的两艘旅行者飞船上，科学家们则放置了先驱者铭牌的“升级版本”——“旅行者金唱片”(Voyager Golden Record)，其中包含一张采用铜镀金材料制成的唱片，其中写入了代表地球上各种景观、生命多样性以及人类文明方方面面的116幅图片，一份名为“地球之声”的录音集，其中包括时任联合国秘书长瓦尔德海姆用英语向外星人发出的问候，以及使用55种不同的语言，代表全人类向外星人发出的问候语，其中就包括中国的普通话以及广东话，吴语方言等，另外还加入了地球上自然界和表现人类文明方方面面的各种声音——打雷声，刮风下雨的声音，动物的叫声，母亲亲吻孩子的声音以及小鸟和鲸的歌声等等。
科学家们希望有朝一日，万一它们在太空中被外星文明截获，这些铭牌和金唱片能够向外星人传递我们的信息。在我写下这些文字的这一刻，这几艘小小的飞船仍在朝着太阳系之外的星际空间深处飞行，与建造了它们的这颗星球和在这颗星球上繁衍的智慧文明渐行渐远，终将消失在宇宙的无边黑暗中。
我们无法预料人类的文明还能延续多长的时间，但我们可以确定的是：即便在人类文明早已消亡的很久之后，这几艘小小的飞船，携带着关于那个遥远的，曾经存在过的人类文明社会的点滴信息，仍将继续漂浮在空旷的宇宙中，静静等待着有一天被另外一个智慧文明社会截获。孜孜不倦的探寻之后，我们终于可以对我们的太空邻居说：你好，很高兴遇见你。
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